Способ управления импульсным стабилизатором среднего значения выходной переменной с последовательно включенными силовым ключом и непрерывной частью

 

Изобретение позволяет повысить качество и сократить время стабилизации среднего значения выходного напряжения путем обеспечения стабилизации не только в установившемся , но и в переходном режиме. Это достигается тем, что стабилизация основана на широтно-импульсной модуляции сигнала управления. Причем силовой ключ открывается в начале каждого, неизменного по длительности периода модуляции. В каждом периоде модуляции формируют сигнал, соответствующий значению интеграла от выходной переменной величины. Интеграл исчисляют за интервал от начала периода модуляции до текуш.его момента времени. Одновременно с учетом текущих значений переменных величин и математической модели непрерывной части стабилизатора вычисляют значение интеграла от выходной переменной величины за интервал от текущего момента времени до конца периода модуляции . При этом предполагают, что в этом интервале силовой ключ заперт. Затем сравнивают сумму обоих интегралов с опорным сигналом. В момент превышения указанной суммой опорного сигнала производят запирание силового ключа. 1 ил. е (Л to САЭ ОС О О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)4 G05 F 1 565

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3798256/24-07 (22) 10.10.84 (46) 15.06.86. Бюл. № 22 (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) В. В. Сазонов (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 734636, кл. G 05 F !/56, 1978.

Сазонов В. В. Компенсационно-параметрические импульсные стабилизаторы постоянного напряжения. — М.: Энергоатомиздат, 1982, с. 17 — 19. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМ СТАБИЛИЗАТОРОМ СРЕДНЕГО

ЗНАЧЕНИЯ ВЫХОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ

С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫМИ СИЛОВЫМ КЛЮЧОМ И НЕПРЕРЫВНОЙ ЧАСТЬЮ (57) Изобретение позволяет повысить качество и сократить время стабилизации среднего значения выходного напряжения путем обеспечения стабилизации не только в уста„„Я0„„1238046 А1 новившемся, но и в переходном режиме.

Это достигается тем, что стабилизация основана на широтно-импульсной модуляции сигнала управления. Причем силовой ключ открывается в начале каждого, неизменного по длительности периода модуляции. В каждом периоде модуляции формируют сигнал, соответствующий значению интеграла от выходной переменной величины. Интеграл исчисляют за интервал от начала периода модуляции до текущего момента времени. Одновременно с учетом текущих значений переменных величин и математической модели непрерывной части стабилизатора вычисляют значение интеграла от выходной переменной величины за интервал от текущего момента времени до конца периода модуляции. При этом предполагают, что в этом интервале силовой ключ заперт. Затем сравнивают сумму обоих интегралов с опорным сигналом. В момент превышения указанной суммой опорного сигнала производят запирание силового ключа. 1 ил.

1238046

C))-d) T+

На чертеже представлена общая струк- 15 тура реализации предлагаемого способа управления импульсным стабилизатором среднего значения выходной переменной.

В приведенной структуре отмечены силовой транзисторный ключ 1, непрерывная часть 2, замыкающий диод 3, интегратор 4, 20 вычислительный блок 5, блок 6 сравнения, задающий генератор 7, датчик 8 выходной переменной X„ (n — 1) переменных X(— Х» ) непрерывной части 2, источник 10 опорного (управляющего) сигнала, нагрузка 11. (4)

$ Х,(!) Й=Х (и) (n l)T где

Хт,. (и) = ТХ,, (и) (5) 55 (6) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при осуществлении вторичного электропитания устройств автоматики и радиоэлектроники с повышенными требованиями к стабильности вторичного питающего напряжения ири значительных изменениях первичного напряжения и высокого уровня сетевых помех.

Силовой транзисторный ключ 1 включен последовательно с непрерывной частью 2 и нагрузкой 11. Сигнальные входы вычислительного блока 5 через датчик 8 выходной переменной X» (n — 1) переменных X) — Х„) соединены с выходами непрерывной части 2. Сигнальный вход интегратора 4 подключен к выходу датчика 8 выходной переменной Х„. Выход задающего генератора 7 соединен с установочными входами интегратора 4 и вычислительного блока 5. Входы блока 6 сравнения подключены к выходам интегратора 4, вычислительного блока 5 и источника 10 опорного сигнала; а выход — к управляющему входу силового транзисторного ключа 1. Под выходной переменной Х„подразумевается напряжение или ток нагрузки 11, среднее значение которого требуется стабилизировать.

В основе импульсных стабилизаторов с ключом последовательного типа лежит принцип управления, обеспечивающий постоянство вольт-секундной площади импульсов напряжения, поступающих на непрерывную часть 2. При этом устройство управления в каждом и-м периоде модуляции (и=1, 2, ...) реализует равенство (n-x) т+ (U„d t = U) p((n — 1) Т+ то), гдето — длительность интервала, в течение которого ключ 1 открыт;

U(p — опорное (управляющее) напряжение на выходе источника 10; зо

4О

U, — напряжение питания;

T — постоянный период модуляции.

Разделив обе части (1) на Т, получаем

Левая часть выражения (2) представляет собой среднее за период модуляции значение напряжения на входе непрерывной части 2. Оно не зависит от значения U» и определяется только опорным (управляющим) напряжением U)p и периодом Т.

Реализация уравнения (1) в известных технических решениях обеспечивает высокую статическую точность стабилизации по входному напряжению U». Однако в динамических режимах, когда U» непрерывно изменяется (пульсация, скачки и др.), выходная переменная Х, зависит от U . Это объясняется тем, что в динамических режимах постоянство среднего значения напряжения на входе непрерывной части 2 не обеспечивает постоянства средних значений всех других ее переменных, в т. ч. и выходной.

При постоянном T скачок входного напряжения U„в комиенсационно-параметрическом импульсном стабилизаторе вызывает заметное приращение среднего значения тока в дросселе фильтра, обусловливающее появление отклонения выходного напряжения, которое может значительно превосходить статическую нестабильность. Кроме того, в течение интервала модуляции устанавливается только заданное значение входного напряжения непрерывной части 2. Регулируемая переменная, например напряжение на нагрузке 11, устанавливается только через время, определяемое инерционностью непрерывной части 2.

В данном случае непрерывная часть 2 характеризуется значениями переменных X), X2, ..., Х„ причем выходная переменная Х, зависит от X), ..., Х» ). Вместе с тем значение

Х, не должно зависеть от напряжения питания Ь „и в каждом периоде модуляции должно равняться некоторому значению Х-, определяемому сигналом управления, т. е. в каждом и-м периоде модуляции должно выполняться равенство

Х„(и) =Х„(n) (3)

Учитывая, что пТ х. (и) =+ 5 x„(() dt (n-1)Т и T=const, из (3) и (4) получаем

1238046

Интеграл в левой части равенства (5) можно разбить на два интеграла, соответствующих интервалам замкнутого и разомк нутого состояний ключа 1 (7) к

Xn(t) = ZC, g,(t), когда переменной Х, является напряжение на входе непрерывной части 2: после запирания ключа 1 это напряжение близко к нулю и значение второго интеграла мало. (Ft - )Td о тп Х

В общем случае переменная Х„в интер„()) t=x вале tF((n — 1) Т+то, иТ) не равна нулю, зависит от граничных условий в момент времени t= (п — 1) Т+то, которые при действии возмущений со стороны источника питания интервале 1 =((п — 1)Т, (п — 1)Т+то) от периода к периоду изменяются, так как закон изменения переменно" Хп определяет- 1о не остается постоянным закон изменения Х„ ся граничными значениями переменных X(в интервале т . Поэ

„в момент времени (и — 1)Т и за- реализуется, а следовательно, и не выполконом изменения напряжения U, няется равенство (3), б (), что и о условливает недостатки известного способа управления к о импульсным стабилизатором.

X„(t) = С;д;(1) +1 U„(t) Ky(t — Tp) dt, В предлагаемом способе значение второ((й-т)Т го интеграла также учитывается при форгде (t, i= 1 ... — н мировании интервала то. При этом испольg (), =, ..., К вЂ” фу даментальная сис- зуется то обстоятельство, что, как следует из тема решений одно- выражения (8), закон изменения переменродного дифференци- ур ной Х„в интервале tE((n — 1) T+ (, пТ) ального °

° уравнения, определяется только граничными значенияописывающего непре- ми переменных X(, Х2, ..., Х„и параметраt рывную часть 2; ми непрерывной части 2 и не зависит от

K„() — весовая функция не- U„. Значение второго интеграла в уравС; i=1 прерывной части 2; нении (7) зависит только от граничных, ..., К вЂ” постоянные, опреде- 5 чений параметров непрерывной части 2 и длиляемые начальными тельности интервала (Т вЂ” то) условиями при t= (ив 1) Т ) Xn(t) dt=F (X(((п — 1) Т+то), "., Xn(n — 1) х

В интервале t<((п — 1)Т+то, пТ), напря- (" > жение U» на непрерывную часть 2 не дей- хТ+то) "., (Т вЂ” то)) . (9) ствует, последняя совершает свободное движение, закон изменения переменной Х„ оп- Чтобы реализовать равенство (7), надо ределяется только г ан р ничными значениями измеряя текущие значения переменных X( т ), надо, переменных X), Хр ... Х в м омент времени Х, ..., Х„, формировать непрерывно измер (п — 1)Т+то и параметрами непрерывной няющуюся функцию

Р (Х) (п — 1) T+ tp), ..., Х„((и — 1) T+ to), (Т вЂ” to) ), (10) (8) где to — время, прошедшее с начала периода геС вЂ” модуляции. где С; — постоянные, определяемые началь- Функция (10) равна значению интег ант грала от Х„за интервал времени от момента ледует так сформировать длительность 4р to до конца периода при условии, что в моинтервала то, чтобы равенство (7) вымол- мент to силовой ключ 1 запирается. П и нялось при любом законе изменения U H t = ф и

= » функция совпадает с (пчнклюбых граничных значениях переменных Х(. цией (9). ..., Х„.

Е ф р р сли формировать оба интег ала в

Первый интеграл в (7) формируется апненни (7) аппарат но, т. е. на основании из- 45 нтеграла в урав- паратурно. Когда сумма этого интеграла и

I мерения пе еменной Х„, то это авнение () р ур, на основании из- 45 з„ачения функции (10) станет Х» (и), фо р р " „, то это уравнение мирование импульса то заканчивается, т. е. при T= const не может быть реализовано 1 (" П

o= ьо ри этом в общем случае принципиально. Действи- (»- )т+ р тельно, пРи фоРмиРовании импУльса длитель- 5 X, (t) dt+ F (Xs((n — () Т+те), ностью то значение второго интеграла не

5р может быть учтено по той причине, что X„((n 1) T+ To), ..., (T — то) ) = Х», (n), его значение не определено. Поэтому в случае аппаРатУРного интегРиРованиЯ пРи фо - n - способ мировании то можно учесть только значение в отличие от известных п ин ипиа первого интеграла Равенство (7) б дет в этом случае выполняться только тогда огда значение второго интеграла равно н лю при T=const. Точность ста илиза и а авно нулю деляется только инструментальной nог ешили постояннои величине. Этот случай соот- ностью блоков, осчществляющих соответветствует известному способу управления, ствующие функциойальные преобразования

1238046 (интегрирование, вычисление, сравнение) и может быть достаточно высокой. Совместно с управлением по отклонению среднего значения переменной Х, от заданного значения предложенным способом можно получить очень высокую статическую и динамическую точность стабилизации любой одной переменной для любой непрерывной части

2. Предложенный способ управления теоретически обеспечивает полную инвариантность среднего значения переменной Х„к 1О напряжению питания U„.

При изменении управляющего сигнала

ХЬ (и) в и-м периоде равенства (7) и (3) будут реализованы в том же периоде, если изменение Х- невелико, а непрерывная часть 2 име-! ет небольшую инерционность. Если сумма интегралов в (7) в и-м периоде в силу, инерционности непрерывной части 2 не достигает

I значения Х,(n), то ключ 1 остается открытым в течение всего и-го и последующих щ периодов до тех пор, пока равенство (7) не будет достигнуто. Следовательно, переходный процесс происходит форсированно, чем достигается максимальное быстродействие при отработке управляющего воздействия.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Задающий генератор 7 вырабатывает короткие импульсы с постоянным периодом Т, которые в начале каждого периода модуляции устанавливают интегратор 4 и вычислительный блок 5 в исходное состояние (в исходном состоянии напряжение У4 на выходе интегратора 4 равно нулю). Ключ 1 при этом открывается. На выходе интегратора 4 напряжение U4 возрастает пропорционально интегралу от Х„. Напряжение U5 на выходе вычислительного блока 5 изменяется в соответствии с изменением координат Xi, ..., Х„по закону, определяемому функцией (10). Когда сумма U4+14 до- 40 стигает значения Uio, блок 6 сравнения срабатывает и запирает ключ 1. Формирование импульса длительностью то заканчивается. Далее процесс повторяется.

Предлагаемый способ целесообразно использовать тогда, когда требуется осуществлять широтно-импульсную модуляцию с постоянным периодом (имеется задающий генератор, синхронизирующий работу целого ряда блоков системы, в т. ч. и импульсного стабилизатора), а со стороны источника питания действуют значительные возмущения. В этом случае предлагаемый способ позволяет значительно упростить силовую часть импульсного стабилизатора за счет исключения громоздких фильтров и дополнительных стабилизаторов.

Формула изобретения

Способ управления импульсным стабилизатором среднего значения выходной переменной с последовательно включенными силовым ключом и непрерывной частью, основанный на широтно-импульсной модуляции сигнала управления с открытием силового ключа в начале каждого неизменного по длительности периода модуляции, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и сокращения времени стабилизации путем обеспечения постоянства среднего значения выходной переменной не только в установившемся, но и в переходном режиме и форсировки последнего, измеряют текущие значения всех переменных непрерывной части стабилизатора, от которых зависит выходная переменная, в каждом периоде модуляции формируют сигнал, соответствующий значению интеграла от выходной переменной за интервал от начала периода модуляции до текущего момента времени, одновременно с учетом текущих значений переменных и математической модели непрерывной части стабилизатора вычисляют значение интеграла от выходной переменной за интервал от текущего момента времени до конца периода модуляции при условии, что в этом интервале силовой ключ заперт, сравнивают сумму обоих интегралов с опорным сигналом и в момент превышения указанной суммой опорного сигнала производят запирание силового ключа.

1238046

Составитель Л. Морозов

Редактор А. Ференц Техред И. Верес Корректор А. Ференц

Заказ 3290/48 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4